JP7224112B2 - 縫製システム - Google Patents

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Description

本発明は、縫製システム及び3次元計測装置に関する。
衣類のような製品は、縫製対象物が縫製されることによって生産される。
特開2001-317904号公報
製品の品質管理を実施するためには、縫製対象物の状態又は生産された製品の状態を認識する必要がある。
本発明の態様は、縫製により生産される製品の品質管理を適切に実施することを目的とする。
本発明の第1の態様に従えば、縫製対象物を縫うミシンと、前記縫製対象物の3次元形状を計測する3次元計測装置と、を備える縫製システムが提供される。
本発明の第2の態様に従えば、縫製対象物を縫うミシンと、前記ミシンにより前記縫製対象物に形成された縫い目の3次元形状を計測する3次元計測装置と、を備える縫製システムが提供される。
本発明の態様によれば、縫製により生産される製品の品質管理を適切に実施できる。
図1は、実施形態に係る縫製システムの一例を示す斜視図である。 図2は、実施形態に係る縫製システムの一部を示す斜視図である。 図3は、実施形態に係る3次元計測装置を模式的に示す図である。 図4は、実施形態に係る縫製システムの制御システムを示す機能ブロック図である。 図5は、本実施形態に係る縫製対象物の一例を示す斜視図である。 図6は、本実施形態に係る縫製処理を示すフローチャートである。 図7は、本実施形態に係る異常検出処理を示すフローチャートである。 図8は、縫い目の異常の一例を示す図である。 図9は、実施形態に係るミシンを示す斜視図である。 図10は、実施形態に係る3次元計測装置の計測領域と縫製対象物との関係を示す平面図である。 図11は、実施形態に係る縫製システムを模式的に示す図である。 図12は、実施形態に係る縫製システムの制御システムを示す機能ブロック図である。 図13は、実施形態に係る縫製対象物の一例を示す図である。 図14は、実施形態に係る縫製システムの動作を模式的に示す図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
本実施形態においては、縫製システム100に規定されたローカル座標系に基づいて各部の位置関係について説明する。ローカル座標系は、XYZ直交座標系により規定される。所定面内のX軸と平行な方向をX軸方向とする。X軸と直交する所定面内のY軸と平行な方向をY軸方向とする。所定面と直交するZ軸と平行な方向をZ軸方向とする。X軸を中心とする回転方向又は傾斜方向をθX方向とする。Y軸を中心とする回転方向又は傾斜方向をθY方向とする。Z軸を中心とする回転方向又は傾斜方向をθZ方向とする。X軸及びY軸を含む平面をXY平面とする。XY平面は、所定面と平行である。
[第1実施形態]
<縫製システム>
図1は、本実施形態に係る縫製システム100の一例を示す斜視図である。図2は、本実施形態に係る縫製システム100の一部を示す斜視図である。図1及び図2に示すように、縫製システム100は、縫製対象物Sを縫うミシン1と、3次元計測装置30とを備える。本実施形態において、ミシン1は、電子サイクルミシンである。
ミシン1は、テーブル2に支持されるミシンベッド部4と、ミシンベッド部4に支持されるミシンフレーム11と、ミシンフレーム11に支持される針棒12と、ミシンベッド部4に支持される針板13と、縫製対象物Sを保持する保持部材15と、針棒12を移動させる動力を発生するアクチュエータ16と、保持部材15を移動させる動力を発生するアクチュエータ17と、保持部材15の少なくとも一部を移動させる動力を発生するアクチュエータ18とを備える。
針棒12は、ミシン針3を保持する。ミシン針3に上糸UTが掛けられる。針棒12は、ミシン針3とZ軸とが平行になるようにミシン針3を保持する。針棒12は、Z軸方向に移動可能にミシンフレーム11に支持される。
針板13は、ミシン針3で縫われる縫製対象物Sを支持する。針板13は、保持部材15を支持する。針板13は、ミシンベッド部4に支持される。針板13は、保持部材15よりも下方に配置される。
保持部材15は、縫製対象物Sを保持する。保持部材15は、ミシン針3の直下の縫製位置Psを含むXY平面内において縫製対象物Sを保持して移動可能である。保持部材15は、支持部材14を介してミシンベッド部4に支持される。
保持部材15は、枠状の押え部材15Aと同じく枠状の下板15Bとを有する。押え部材15Aは、Z軸方向に移動可能である。下板15Bは、押え部材15Aの下方に配置される。保持部材15は、押え部材15Aと下板15Bとで縫製対象物Sを挟むことによって縫製対象物Sを保持する。
押え部材15Aが+Z方向に移動することにより、押え部材15Aと下板15Bとが離れる。これにより、作業者は、押え部材15Aと下板15Bとの間に縫製対象物Sを配置することができる。押え部材15Aと下板15Bとの間に縫製対象物Sが配置された状態で押え部材15Aが-Z方向に移動することにより、縫製対象物Sは押え部材15Aと下板15Bとで挟まれる。これにより、縫製対象物Sは保持部材15に保持される。また、押え部材15Aが+Z方向に移動することにより、保持部材15による縫製対象物Sの保持が解除される。
針板13の下方に釜が配置される。釜は、ボビンケースに収容されたボビンを保持する。釜は、針棒12に連動して回転する。釜は、下糸LTを供給する。釜は、針板13に支持されている縫製対象物Sを貫通し、針板13の針孔を通過したミシン針3から上糸UTをすくい取る。
アクチュエータ16は、針棒12及び釜を駆動する動力を発生する。アクチュエータ16は、パルスモータを含む。アクチュエータ16で発生した動力は、動力伝達機構を介して、針棒12及び釜のそれぞれに伝達される。アクチュエータ16で発生した動力が針棒12に伝達されることにより、針棒12及び針棒12に保持されているミシン針3は、Z軸方向に往復移動する。アクチュエータ16で発生した動力が釜に伝達されることにより、釜は、針棒12に連動して回転する。ミシン1は、針棒12に保持されているミシン針3と釜との協働により縫製対象物Sを縫製する。
アクチュエータ17は、保持部材15をXY平面内で移動させる動力を発生する。アクチュエータ17は、パルスモータを含む。アクチュエータ17は、保持部材15をX軸方向に移動させる動力を発生するX軸モータ17Xと、保持部材15をY軸方向に移動させる動力を発生するY軸モータ17Yを含む。アクチュエータ17は、ミシンベッド部4の内部に設けられる。
アクチュエータ17で発生した動力は、支持部材14を介して保持部材15に伝達される。これにより、保持部材15は、ミシン針3と針板13との間においてX軸方向及びY軸方向のそれぞれに移動可能である。アクチュエータ17の作動により、保持部材15は、ミシン針3の直下の縫製位置Psを含むXY平面内において縫製対象物Sを保持して移動可能である。
アクチュエータ18は、保持部材15の押え部材15AをZ軸方向に移動させる動力を発生する。アクチュエータ18は、パルスモータを含む。押え部材15Aが+Z方向に移動することにより、押え部材15Aと下板15Bとが離れる。押え部材15Aが-Z方向に移動することにより、押え部材15Aと下板15Bとで縫製対象物Sが挟まれる。
図2に示すように、本実施形態において、縫製対象物Sは、第1縫製対象物S1と、第1縫製対象物S1の上に配置される第2縫製対象物S2とを含む。保持部材15は、第1縫製対象物S1と第2縫製対象物S2とを挟んで保持する。
フレーム5が押え部材15Aの内側に配置される。フレーム5は、開口を有する。フレーム5の開口に、縫い目SEが形成される縫製対象物Sの一部の領域が配置される。
中押え19は、ミシン針3を貫通する穴が開いた円筒状の部材を有し、縫製対象物SのXY平面の動きを妨げずに、縫製対象物Sの表面から最小の高さに保持される。中押え19は、ミシン針3が針棒12によって上下動する際に、縫製対象物Sがミシン針3と一緒に引き上げられることを防止する。中押さえ19の高さの変更は、Z方向に移動させる動力を発生させるアクチュエータ20で中押え19が上下動することにより実施される。
<3次元計測装置>
3次元計測装置30は、計測対象の3次元形状を計測する。本実施形態において、3次元計測装置30の計測対象は、縫製対象物Sと、ミシン1により縫製対象物Sに形成された縫い目SEとを含む。3次元計測装置30は、縫製対象物Sの3次元形状、及びミシン1により縫製対象物Sに形成された縫い目SEの3次元形状を計測する。
3次元計測装置30の位置は固定される。3次元計測装置30とミシンフレーム11との相対位置は固定される。3次元計測装置30は、針板13及び保持部材15よりも上方に配置される。保持部材15は、3次元計測装置30の計測領域FAを含むXY平面内において移動可能である。3次元計測装置30は、保持部材15に保持されている計測対象を計測する。保持部材15に保持される計測対象は、縫製対象物S及び縫製対象物Sに形成されている縫い目SEを含む。本実施形態において、3次元計測装置30は、フレーム5の開口を介して、縫製対象物S及び縫い目SEを上方から計測する。
図3は、本実施形態に係る3次元計測装置30を模式的に示す図である。本実施形態において、3次元計測装置30は、位相シフト法に基づいて、計測対象の3次元形状を計測する。図3を用いる説明においては、3次元計測装置30の計測対象が縫製対象物Sであることとする。
図3に示すように、3次元計測装置30は、保持部材15保持されている縫製対象物Sにパターンを投影する投影装置31と、パターンが投影された縫製対象物Sの画像データを取得する撮像装置32と、制御装置33とを備える。
投影装置31は、光を発生する光源31Aと、光源31Aから射出された光を光変調する光変調素子31Bと、光変調素子31Bで生成されたパターン光を縫製対象物Sに投影する投影光学系31Cとを有する。
光変調素子31Bは、デジタルミラーデバイス(DMD:Digital Mirror Device)を含む。なお、光変調素子31Bは、透過型の液晶パネルを含んでもよいし、反射型の液晶パネルを含んでもよい。光変調素子31Bは、制御装置33から出力されるパターンデータに基づいてパターン光を生成する。投影装置31は、パターンデータに基づいてパターン化されたパターン光を縫製対象物Sに照射する。
撮像装置32は、縫製対象物Sで反射したパターン光を結像する結像光学系32Aと、結像光学系32Aを介して縫製対象物Sの画像データを取得する撮像素子32Bとを有する。撮像素子32Bは、CMOSイメージセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)又はCCDイメージセンサ(Charge Coupled Device Image Sensor)を含む固体撮像素子である。
制御装置33は、コンピュータシステムを含み、投影装置31及び撮像装置32を制御する。制御装置33は、CPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサを含む演算処理装置と、ROM(Read Only Memory)又はRAM(Random Access Memory)のようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。
投影装置31は、パターン光として、正弦波状の明度分布の縞パターン光を縫製対象物Sに照射する。投影装置31は、位相シフト法に基づいて、縞パターン光を位相シフトさせながら縫製対象物Sに投影する。撮像装置32は、縞パターン光が投影された縫製対象物Sの画像を示す画像データ取得する。
<制御システム>
図4は、本実施形態に係る縫製システム100の制御システムを示す機能ブロック図である。縫製システム100は、計測対象の3次元形状を計測する3次元計測装置30と、ミシン1を制御するミシン制御装置40と、計測対象の異常を検出する処理装置50と、表示装置60とを備える。
3次元計測装置30は、縫製対象物Sの3次元形状を示す計測データ及び縫い目SEの3次元形状を示す計測データを取得する。3次元計測装置30は、縫製対象物Sの計測データ及び縫い目SEの計測データをミシン制御装置40に出力する。或いはミシン制御装置の縫製データ(後述)を取得し、3次元計測装置30の制御に利用する。
縫製対象物Sの計測データは、XY平面内における縫製対象物Sの位置を示す位置データ、及びZ軸方向における縫製対象物Sの位置を示す高さデータを含む。縫い目SEの計測データは、XY平面内における縫い目SEの位置を示す位置データ、及びZ軸方向における縫い目SEの位置を示す高さデータを含む。
ミシン制御装置40は、コンピュータシステムを含み、ミシン1を制御する。ミシン制御装置40は、CPUのようなプロセッサを含む演算処理装置と、ROM又はRAMのようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。
ミシン制御装置40は、3次元計測装置30から出力された縫製対象物Sの計測データに基づいて、ミシン1を制御する制御指令を出力する。
ミシン制御装置40は、縫製データ記憶部41と、演算部42と、指令出力部43とを有する。
縫製データ記憶部41は、縫製データを記憶する。縫製データは、ミシン1の作動条件を含む。ミシン1の作動条件として、針棒12の目標移動速度、保持部材15の目標移動条件、縫製対象物Sに形成される縫い目SEの目標パターンSEr、ローカル座標系における縫い目SEの目標位置、Z軸方向における中押え19の目標位置、及び上糸UTの目標張力の少なくとも一つが例示される。保持部材15の移動条件は、XY平面内における保持部材15の目標移動距離、目標移動速度、目標移動方向、及び目標移動軌跡の少なくとも一つを含む。縫製データは、予め定められる。縫製データは、縫製データ記憶部41に記憶される。
演算部42は、3次元計測装置30から出力された縫製対象物Sの計測データに基づいて、縫製データを補正する。
例えば、演算部42は、3次元計測装置30により取得された縫製対象物Sの位置データ及び高さデータの少なくとも一方に基づいて、縫製対象物Sに縫い目SEが円滑に形成されるように、針棒12の目標移動速度を補正する。
また、演算部42は、3次元計測装置30により取得された縫製対象物Sの位置データに基づいて、縫い目SEが縫製対象物Sの目標位置に形成されるように、保持部材15の目標移動条件を補正する。
また、演算部42は、3次元計測装置30により取得された縫製対象物Sの高さデータに基づいて、縫製対象物Sがミシン針3と一緒に引き上げられることを防止する為に、また、縫製対象物SのXY平面の動きを妨げずに縫製対象物Sの表面から最小の高さに保持する為に、Z軸方向における押え部材15Aの目標位置を補正する。
指令出力部43は、縫製データに基づいて、ミシン1を制御する制御指令を出力する。
例えば、指令出力部43は、縫製データにおいて規定されている針棒12の目標移動速度で針棒12が移動するように、アクチュエータ16に制御指令を出力する。演算部42において針棒12の目標移動速度が補正された場合、指令出力部43は、補正後の目標移動速度で針棒12が移動するように、アクチュエータ16に制御指令を出力する。
また、指令出力部43は、縫製データにおいて規定されている保持部材15の目標移動条件で保持部材15が移動するように、アクチュエータ17に制御指令を出力する。演算部42において保持部材15の目標移動条件が補正された場合、指令出力部43は、補正後の目標移動条件で保持部材15が移動するように、アクチュエータ17に制御指令を出力する。
また、指令出力部43は、縫製データにおいて規定されているZ軸方向における中押え19の目標位置に中押え19が配置されるように、アクチュエータ20に制御指令を出力する。演算部42において押え部材15Aの目標位置が補正された場合、指令出力部43は、補正後の目標位置に押え部材15Aが配置されるように、アクチュエータ20に制御指令を出力する。
処理装置50は、コンピュータシステムを含み、縫製対象物S及び縫い目SEの少なくとも一方の異常を検出する。処理装置50は、CPUのようなプロセッサを含む演算処理装置と、ROM又はRAMのようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。
処理装置50は、3次元計測装置30から出力された縫製対象物Sの計測データに基づいて、縫製対象物Sの異常を検出する。また、処理装置50は、3次元計測装置30から出力された縫い目SEの計測データに基づいて、縫い目SEの異常を検出する。
処理装置50は、参照データ記憶部51と、解析部52と、判定部53と、表示データ出力部54と、データ記憶部55と、を有する。
参照データ記憶部51は、正常な縫製対象物Sの3次元形状の特徴量を示す参照データを記憶する。また、参照データ記憶部51は、正常な縫い目SEが形成されたときの縫い目SEの3次元形状の特徴量を示す参照データを記憶する。参照データは、縫製対象物Sの設計データ又は予備実験(シミュレーション実験を含む)から導出可能な既知データであり、参照データ記憶部51に予め記憶される。
解析部52は、3次元計測装置30から出力された縫製対象物Sの計測データを解析して、縫製対象物Sの3次元形状の特徴量データを算出する。また、解析部52は、3次元計測装置30から出力された縫い目SEの計測データを解析して、縫い目SEの3次元形状の特徴量を示す特徴量データを算出する。この特徴量データには、縫製対象物Sの段差位置(X,Y,Z方向)、縫製対象物S自体の縫製範囲の高さ、縫製対象物Sの段差DSの高さ、糸の太さ、縫い糸の高さ、縫い目SEの高さ、縫い目SEの形状、縫いのピッチなどを含む。
判定部53は、解析部52において算出された特徴量データと、参照データ記憶部51に記憶されている参照データとを照合して、縫製対象物Sの異常及び縫い目SEの異常を判定する。縫製対象物Sの異常の判定は、縫製対象物Sの異常の有無の判定及び縫製対象物Sの異常のパターンの判定を含む。縫い目SEの異常の判定は、縫い目SEの異常の有無の判定及び縫い目SEの異常のパターンの判定を含む。
表示データ出力部54は、表示装置60に表示させる表示データを生成して、表示装置60に出力する。表示データは、縫製対象物Sの3次元形状を示す表示データ、縫い目SEの3次元形状を示す表示データ、及び判定部53による判定データを含む。
計測・判定結果記憶部55は、計測データ、特徴量データ、判定データ、ミシン制御装置から取得するミシンのID、縫製データやその日時などを記憶する。
表示装置60は、表示データ出力部54から出力された表示データを表示する。表示装置は、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)又は有機ELディスプレイ(OELD:Organic Electroluminescence Display)のようなフラットパネルディスプレイを含む。
<縫製対象物>
図5は、本実施形態に係る縫製対象物Sの一例を示す斜視図である。縫製対象物Sは、第1縫製対象物S1と、第1縫製対象物S1の上に配置される第2縫製対象物S2とを含む。第1縫製対象物S1と第2縫製対象物S2との間に段差DSが形成される。すなわち、本実施形態において、縫製対象物Sの表面は、段差DSを含む。
縫製データは、ローカル座標系における縫い目SEの目標位置を含む。すなわち、図5に示すように、第2縫製対象物S2のエッジに縫い目SEが形成されるように、ローカル座標系において縫い目SEの目標パターンSErの位置が規定される。縫製データは、予め規定され、縫製データ記憶部41に記憶されている。
3次元計測装置30は、縫製対象物Sの表面に設けられている段差DSのXY平面内における位置を高精度、かつ正確に計測することができる。例えば通常の2次元撮像装置では判別が難しい、第1縫製対象物S1の色彩と第2縫製対象物S2の色彩とが同一の場合でも、3次元計測装置30は、段差DSを高精度に計測することができる。また、3次元計測装置30は、縫製対象物Sの段差DSの高さを高精度に計測することができる。
<縫製処理>
図6は、本実施形態に係る縫製処理を示すフローチャートである。縫製データが縫製データ記憶部41に予め記憶されている。演算部42は、縫製データ記憶部41から縫製データを取得する(ステップSA1)。
保持部材15に縫製対象物Sが設置される。3次元計測装置30は、ミシン1で縫われる前に、縫製対象物Sの3次元形状を計測する。3次元計測装置30により計測された縫製対象物Sの計測データは、ミシン制御装置40に出力される。図5に示したように、縫製対象物Sの表面が段差DSを含む場合、縫製対象物Sの計測データは、段差DSの位置及び高さを示す段差データを含む。演算部42は、3次元計測装置30から縫製対象物Sの計測データを取得する(ステップSA2)。
演算部42は、3次元計測装置30から取得した縫製対象物Sの計測データに基づいて、縫製データを補正する(ステップSA3)。すなわち、演算部42は、ミシン1で縫われる前に取得された縫製対象物Sの計測データに基づいて、縫製データを補正する。縫製対象物Sの計測データが段差データを含む場合、演算部42は、段差データに基づいて、縫製データを補正する。
例えば、縫製対象物Sの計測データを参照して、縫製データ記憶部41に記憶されている縫製データに基づいて縫製処理を正常に実施できないと判定した場合、演算部42は、縫製データの補正を実施する。
指令出力部44は、演算部42により補正された補正後の縫製データに基づいて、ミシン1に制御指令を出力する(ステップSA4)。
補正後の縫製データに基づいて指令出力部44から出力される制御指令は、XY平面内におけるミシン針3と縫製対象物Sとの相対位置の調整指令を含む。指令出力部44は、段差データに基づいて、第2縫製対象物S2のエッジがミシン針3の直下の縫製位置Psに移送され、第2縫製対象物S2のエッジに沿って縫い目SEが形成されるように、保持部材15を移動させる制御指令を出力する。
<異常処理>
図7は、本実施形態に係る異常検出処理を示すフローチャートである。3次元計測装置30は、ミシン1で縫われる前に、縫製対象物Sの3次元形状を計測する。3次元計測装置30により計測された縫製対象物Sの計測データは、処理装置50に出力される。図5に示したように、縫製対象物Sの表面が段差DSを含む場合、縫製対象物Sの計測データは、段差DSの位置及び高さを示す段差データを含む。解析部52は、3次元計測装置30から縫製対象物Sの計測データを取得する(ステップSB1)。
このステップにより、例えば次のステップ以降に示す縫製後の3次元計測装置30による計測データと比較することで、縫製後の縫製対象物S自体の異常を検出することができる。また、このステップは省略して、次の(縫製)以降からスタートしても良い。
縫製処理が実施された後、3次元計測装置30は、ミシン1により縫製対象物Sに形成された縫い目SEの3次元形状を計測する。3次元計測装置30により計測された縫い目SEの計測データは、処理装置50に出力される。解析部52は、3次元計測装置30から縫い目SEの計測データを取得する(ステップSB2)。
解析部52は、3次元計測装置30から取得した縫い目SEの計測データに基づいて、ミシン1により縫製対象物Sに形成された縫い目SEの3次元形状の特徴量を示す特徴量データを算出する。
判定部53は、解析部52において算出された特徴量データと、参照データ記憶部51に記憶されている参照データとを照合する(ステップSB3)。
判定部53は、特徴量データと参照データとを照合して、縫い目SEの異常を判定する(ステップSB4)。縫い目SEの異常の判定は、縫い目SEの異常の有無の判定及び縫い目SEの異常のパターンの判定を含む。
表示データ出力部54は、表示装置60に表示させる表示データを生成して、表示装置60に出力する(ステップSB5)。表示データは、縫い目SEの3次元形状を立体的に示す表示データ、及び判定部53による判定データを含む。
計測・判定結果記憶部55は、計測データ、特徴量データや判定データを記憶する(ステップSB6)。この際、ミシン制御装置からミシンのID、縫製データやその日時などを取得し、関連付けて記憶する。
縫い目SEの形状に異常が生じた場合、3次元計測装置30は、縫い目SEの形状の異常を計測することができる。処理装置50は、縫い目SEの計測データに基づいて、縫い目SEの異常を検出することができる。例えば、縫い目SEの位置データから縫い目の欠損(目飛び)や縫いピッチの異常を検出することができる。また、糸の太さや高さの特徴量データから、糸種類の違いや、異常な縫いも判別できる。3次元計測装置30は、例えば通常の2次元撮像装置では判別が難しい、上糸UTと縫製対象物S2の色彩とが同一の場合でも、縫い目SEを確実認識可能であり、高精度に検出することができる。
縫い目SEの計測データは、縫い目SEの高さデータを含む。例えば縫い目SEを形成する上糸UT又は下糸LTが弛んでしまって縫製対象物Sの表面から突出する場合、3次元計測装置30は、突出した縫い目SEを高精度に検出することができる。処理装置50は、縫い目SEの高さデータに基づいて、縫い目SEの異常を高精度に判定することができる。
図8は、縫い目SEの異常の一例を示す図である。図8は、縫製対象物Sにおいて上糸UT及び下糸LTの少なくとも一方が弛むパターンの異常を例示する。図8に示す縫い目SEの異常は「ちょうちん」と呼ばれる。「ちょうちん」とは、上糸UTと下糸LTとが掛かっているものの、縫製対象物Sの表面において上糸UTが弛んだり縫製対象物Sの裏面において下糸LTが弛んだりする現象をいう。図8は、縫製対象物Sの表面において上糸UTが弛んでいる例を示す。
参照データ記憶部51は、参照データとして、正常な縫い目SEの形状を記憶する。解析部52は、縫い目SEの計測データに基づいて、「ちょうちん」を示す特徴量データを算出する。判定部53は、参照データと特徴量データとを照合することにより、縫い目SEの異常のパターンが「ちょうちん」であると判定することができる。
表示装置60は縫製対象物Sの計測データ及び縫い目SEの計測データを表示する。縫製対象物S及び縫い目SEの3次元データが表示装置60に表示されるので、作業者は、表示装置60を見て、縫製対象物S及び縫い目SEの状態を直感的に認識することができる。
本実施形態において、3次元計測装置30は、縫い目SEの3次元形状のみならず、ミシン1で縫われた後に、縫製対象物Sの3次元形状を計測することができる。例えば、縫製処理により縫製対象物Sの形状に異常が生じた場合、3次元計測装置30は、縫製対象物Sの形状の異常を計測することができる。解析部52は、3次元計測装置30から取得した縫製対象物Sの計測データに基づいて、ミシン1に縫われた後の縫製対象物Sの3次元形状の特徴量を示す特徴量データを算出することができる。参照データ記憶部51には、ミシン1で縫われた後の正常な縫製対象物Sの3次元形状を示す参照データが記憶されている。判定部53は、ミシン1で縫われた後の縫製対象物Sの特徴量データと参照データとを照合して、ミシン1で縫われた後の縫製対象物Sの異常を判定することができる。縫製対象物Sの異常の判定は、縫製対象物Sの異常の有無の判定及び縫製対象物Sの異常のパターンの判定を含む。
<効果>
以上説明したように、本実施形態によれば、縫製システム100に3次元計測装置30が設けられる。3次元計測装置30は、縫製対象物Sの3次元形状を計測することができる。3次元計測装置30は、ミシン1で縫われる前の縫製対象物Sの3次元形状及びミシン1で縫われた後の縫製対象物Sの3次元形状を計測することができる。また、3次元計測装置30は、ミシン1により縫製対象物Sに形成された縫い目SEの3次元形状を計測することができる。縫製対象物Sの3次元形状及び縫い目SEの3次元形状が計測されるので、縫製対象物Sの状態又は生産された製品の状態を適確に認識することができる。したがって、縫製により生産される製品の品質管理を適切に実施することができる。
ミシン制御装置40は、3次元計測装置30から出力された縫製対象物Sの計測データに基づいて、ミシン1を制御する制御指令を出力する。ミシン制御装置40は、ミシン1で縫われる前に取得された縫製対象物Sの計測データに基づいて、制御指令を出力する。これにより、ミシン1は、縫製対象物Sの3次元形状に基づいて適確に作動することができる。したがって、高品質な製品が生産される。
本実施形態においては、縫製対象物Sの表面が段差DSを含む場合においても、段差DSを含む縫製対象物Sの表面の3次元形状が3次元計測装置30により計測される。縫製対象物Sの計測データは、段差DSの位置及び高さを示す段差データを含む。ミシン制御装置40は、段差データに基づいて、ミシン1を制御する制御指令を出力することができる。これにより、ミシン1は、縫製対象物Sの段差データに基づいて適確に作動することができる。したがって、高品質な製品が生産される。
本実施形態において、ミシン1を制御する制御指令は、XY平面内におけるミシン針3と縫製対象物Sとの相対位置の調整指令を含む。これにより、縫製対象物Sの目標位置に縫い目SEを形成することができる。
また、本実施形態においては、処理装置50は、ミシン1で縫われる前に3次元計測装置30から取得された縫製対象物Sの計測データに基づいて、縫製対象物Sの異常を検出することができる。また、処理装置50は、ミシン1で縫われた後に3次元計測装置30から取得された縫製対象物Sや縫い目SEの計測データに基づいて、縫製対象物Sの異常を検出することができる。これにより、縫製対象物Sの状態又は生産された製品の状態を適確に認識することができる。したがって、縫製により生産される製品の品質管理を適切に実施することができる。
本実施形態においては、3次元計測装置30により縫い目SEの3次元形状が計測されるため、縫い目SEの計測データとして、縫い目SEの高さデータが取得される。これにより、処理装置50は、縫い目SEの高さデータに基づいて、縫い目SEの異常を高精度に判定することができる。例えば、縫い目SEの異常として「ちょうちん」が発生した場合においても、処理装置50は、「ちょうちん」の発生を高精度に検出することができる。
本実施形態においては、縫製対象物Sの計測データ及び縫い目SEの計測データが表示装置60に表示される。これにより、作業者は、表示装置60を見て、縫製対象物S及び縫い目SEの状態を直感的に認識することができる。また、処理装置50の判定部53の判定データが表示装置60に表示されることにより、作業者は、縫製対象物S又は製品に発生している異常の有無及び異常のパターンを認識することができる。
本実施形態においては、縫製後の計測データや判定データを計測・判定結果記憶部55にミシン制御装置40からミシンのID、縫製データやその日時などを取得し、関連付けて記憶することにより、縫製後の製品に何らかの不具合があった場合にその縫製の不具合の有無や縫製の状態等判定結果を検証することにより、いわゆるトレーサビリティーの管理をすることができる。
なお、本実施形態において、3次元計測装置30は、縫製対象物Sがミシン針3で縫われている状態で、縫製対象物Sの3次元形状又は縫い目SEの3次元形状を計測してもよい。
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図9は、本実施形態に係るミシン101を示す斜視図である。図10は、本実施形態に係る3次元計測装置30の計測領域FAと縫製対象物Sとの関係を示す平面図である。本実施形態において、ミシン101は、本縫いを実施する本縫いミシンである。
図9に示すように、ミシン101は、ミシンヘッド102と、針棒104と、天秤105と、糸調子器106と、針板107と、押え部材108と、釜109と、モータ110とを有する。
針棒104は、ミシン針103を保持してZ軸方向に往復移動する。針棒104は、ミシン針3とZ軸とが平行となるようにミシン針103を保持する。針棒104は、ミシンヘッド102に支持される。針棒104は、針板107の上方に配置され、縫製対象物Sの表面と対向可能である。ミシン針103に上糸UTが掛けられる。ミシン針103は、上糸UTが通過する糸通し孔を有する。ミシン針103は、糸通し孔の内面で上糸UTを保持する。針棒104がZ軸方向に往復移動することにより、ミシン針103は、上糸UTを保持した状態でZ軸方向に往復移動する。
天秤105は、ミシン針103に上糸UTを供給する。天秤105は、ミシンヘッド102に支持される。天秤105は、上糸UTが通過する天秤孔を有する。天秤105は、天秤孔の内面で上糸UTを保持する。天秤105は、上糸UTを保持した状態でZ軸方向に往復移動する。天秤105は、針棒104に連動して往復移動する。天秤105は、Z軸方向に往復移動することによって、上糸UTを繰り出したり引き上げたりする。
糸調子器106は、上糸UTに張力を付与する。糸供給源から糸調子器106に上糸UTが供給される。上糸UTが通過する経路において、天秤105は、ミシン針103と糸調子器106との間に配置される。糸調子器106は、天秤105を介してミシン針103に供給される上糸UTの張力を調整する。
針板107は、縫製対象物Sを支持する。針棒104に保持されているミシン針103と針板107とは対向する。針板107は、ミシン針103が通過可能な針孔を有する。針板107に支持される縫製対象物Sを貫通したミシン針103は、針孔を通過する。
針板107の下方には縫製対象物Sを+Y方向に送る送り歯(不図示)が備えられ、縫製対象物Sは押え部材108の押し圧力により送り歯に押さえつけられて+Y方向に搬送される。押え部材108の高さの変更は、Z方向に移動させる動力を発生させるアクチュエータ111で押え部材108が上下動することにより実施される。
釜109は、ボビンケースに収容されたボビンを保持する。釜109は、針板107の下方に配置される。釜109は、針棒104に連動して回転する。釜109は、下糸LTを供給する。釜109は、針板107に支持されている縫製対象物Sを貫通し、針板107の針孔を通過したミシン針103から上糸UTをすくい取る。
モータ110は、動力を発生する。モータ110は、ミシンヘッド102に支持されるステータと、ステータに回転可能に支持されるロータとを有する。ロータが回転することにより、モータ110は動力を発生する。モータ110で発生した動力は、動力伝達機構(不図示)を介して、針棒104、天秤105、及び釜109のそれぞれに伝達される。針棒104と天秤105と釜109とは連動する。モータ110で発生した動力が針棒104に伝達されることにより、針棒104及び針棒104に保持されているミシン針103は、Z軸方向に往復移動する。モータ110で発生した動力が天秤105に伝達されることにより、天秤105は、針棒104に連動してZ軸方向に往復移動する。モータ110で発生した動力が釜109に伝達されることにより、釜109は、針棒104及び天秤105に連動して回転する。ミシン101は、針棒104に保持されているミシン針103と釜109との協働により縫製対象物Sを縫製する。
糸供給源からの上糸UTは、糸調子器106に掛けられた後、天秤105を経由して、ミシン針3に掛けられる。モータ110が回転し、針棒104が下降すると、針棒104に保持されているミシン針103が縫製対象物Sを貫通し、針板107に設けられている針孔を通過する。ミシン針103が針板107の針孔を通過すると、ミシン針103に掛けられている上糸UTに釜109から供給された下糸LTが掛けられる。上糸UTに下糸LTが掛けられた状態で、ミシン針3が上昇して、縫製対象物Sから退去する。ミシン針103が縫製対象物Sを貫通しているとき、ミシン101は、縫製対象物Sを停止させる。ミシン針103が縫製対象物Sから退去したとき、ミシン101は、縫製対象物Sを+Y方向に移動させる。ミシン101は、縫製対象物Sの+Y方向の移動と停止とを繰り返しながらミシン針103を往復移動させて縫製対象物Sに縫い目SEを形成する。縫製対象物Sに形成された縫い目SEは、Y軸方向に延在する。
図9及び図10に示すように、縫製対象物Sの表面の規定領域は、ミシン針103の直下の縫製位置Psに移送されることによって縫われる。本実施形態において、3次元計測装置30は、縫製位置Psに移送される前に規定領域を計測するフロント側の3次元計測装置30Fと、縫製位置Psに移送されミシン針103により縫われた後に規定領域を計測するリア側の3次元計測装置30Rとを含む。縫製対象物Sの表面の規定領域は、3次元計測装置30Fの計測領域FAfを通過した後、縫製位置Psに移送させる。縫製位置Psにおいて縫われた規定領域は、3次元計測装置30Rの計測領域FArを通過する。また、縫製位置Psにおいて縫われ、規定領域に形成された縫い目SEは、3次元計測装置30Rの計測領域FArを通過する。
上述の実施形態と同様、ミシン101は、ミシン制御装置40により制御される。ミシン制御装置40は、3次元計測装置30Fにより計測された規定領域の計測データに基づいて、ミシン101を制御する制御指令を出力する。
本実施形態において、3次元計測装置30(30F,30R)は、縫製対象物Sがミシン針103で縫われている状態で、縫製対象物Sの規定領域を計測する。3次元計測装置30Rは、縫製対象物Sがミシン針103で縫われている状態で、縫製対象物Sの規定領域に形成された縫い目SEを計測する。縫製対象物Sがミシン針103で縫われている状態とは一連の縫製が継続している状態を表し、ミシン針103或いは縫製対象物Sが停止している状態を含む。
以上説明したように、本実施形態においても、3次元計測装置30は、縫製対象物Sの3次元形状及び縫い目SEの3次元形状を計測することができる。縫製対象物Sの3次元形状及び縫い目SEの3次元形状が計測されるので、縫製対象物Sの状態又は生産された製品の状態を適確に認識することができる。したがって、縫製により生産される製品の品質管理を適切に実施することができる。
[第3実施形態]
第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図11は、本実施形態に係る縫製システム100を模式的に示す図である。本実施形態において、縫製システム100は、ミシン201を移動可能に支持するロボットアーム300と、を備える。ロボットアーム300は、多関節ロボットアームであり、ミシン201をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θX方向、θY方向、及びθZ方向の6つの方向に移動可能である。
図11に示すように、本実施形態において、3次元計測装置30は、ミシン201の下面に固定されている。3次元計測装置30は、ミシン201を介してロボットアーム300に支持される。なお、3次元計測装置30は、ミシン201を介さずに、直接的にロボットアーム300に支持されてもよい。
ミシン201は、本縫いを実施する本縫いミシンである。ミシン201は、ミシンヘッド202と、ミシン針203を保持する針棒204と、針板207と、ミシンベット部208と、モータ210とを有する。ミシン201の構造は、上述の実施形態で説明したミシン101と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図12は、本実施形態に係る縫製システムの制御システムを示す機能ブロック図である。図12に示すように、本実施形態において、縫製システム100は、ロボットアーム300を制御する制御指令を出力するアーム制御装置70を備える。
アーム制御装置70は、縫製対象物Sの位置データを算出する位置算出部71と、縫製対象物Sの位置データに基づいて、ロボットアーム300に制御指令を出力する指令出力部72とを有する。
図13は、本実施形態に係る縫製対象物Sの一例を示す図である。図13に示すように、縫製対象物Sは、縫製対象物Saと、縫製対象物Saに縫合される縫製対象物Sbとを含む。縫製対象物Saは、例えばゴムである。縫製対象物Saは、直線状の基準溝Vrと、基準溝Vrの両側に平行に設けられる縫製溝Vsとを含む。
図14は、本実施形態に係る縫製システム100の動作を模式的に示す図である。縫製対象物Sは、治具に固定される。縫製対象物Sの位置は固定される。図14(A)に示すように、指令出力部72は、3次元計測装置30の計測領域FAと縫製対象物Sとが相対移動するように、ロボットアーム300に制御指令を出力する。3次元計測装置30は、少なくとも基準溝Vrの3次元形状を計測する。本実施形態において、3次元計測装置30は、基準溝Vr及び縫製溝Vsの3次元形状を計測する。
位置算出部71は、3次元計測装置30により計測された縫製対象物Sの計側データに基づいて、ローカル座標系における基準溝Vrの位置データ及び縫製溝Vsの位置データを算出する。或いは、ミシン制御装置40の縫製データ記憶部41に既に縫製溝Vsの目標位置縫製データがある場合は、縫製データの補正値を算出する。
図14(B)に示すように、指令出力部72は、基準溝Vrの位置データ及び縫製溝Vsの位置データや補正値に基づいて、縫製溝Vsの内側に縫製位置Psが配置されるように、ロボットアーム300に制御指令を出力する。縫製溝Vsの内側にミシン針203が配置された後、縫製溝Vsに沿って縫い目SEが形成されるように、指令出力部72は、アーム制御装置70に制御指令を出力する。また、ミシン制御装置40は、ミシン201に制御指令を出力する。
以上説明したように、ミシン201及び3次元計測装置30がロボットアーム300に支持されてもよい。3次元計測装置30は、ローカル座標系における縫製対象物Sの位置データ及び高さデータを計測可能である。したがって、3次元計測装置30の計測データに基づいて、縫製対象物Sを高精度に縫うことができる。
以上、ミシンと一体的に運用される3次元計測装置を説明したが、この3次元計測装置はミシンとは別の単独で縫製後の縫製対象物Sの検査装置として使用することが可能である。
1…ミシン、2…テーブル、3…ミシン針、4…ミシンベッド部、5…フレーム、11…ミシンフレーム、12…針棒、13…針板、14…支持部材、15…保持部材、15A…押え部材、15B…下板、16…アクチュエータ、17…アクチュエータ、17X…X軸モータ、17Y…Y軸モータ、18…アクチュエータ、19…中押え、20…アクチュエータ、30…3次元計測装置、31…投影装置、31A…光源、31B…光変調素子、31C…投影光学系、32…撮像装置、32A…結像光学系、32B…撮像素子、33…制御装置、40…ミシン制御装置、41…縫製データ記憶部、42…演算部、43…指令出力部、50…処理装置、51…参照データ記憶部、52…解析部、53…判定部、54…表示データ出力部、55…計測・判定結果記憶部、60…表示装置、70…アーム制御装置、71…位置算出部、72…指令出力部、100…縫製システム、Ps…縫製位置、S…縫製対象物、SE…縫い目、SEr…目標パターン、Vr…基準溝、Vs…縫製溝。

Claims (16)

  1. 縫製対象物を保持する保持部材を有し、前記縫製対象物を縫うミシンと、
    位相シフト法に基づいて前記縫製対象物の3次元形状を計測する3次元計測装置と、
    前記3次元計測装置から出力された前記縫製対象物の計測データに基づいて、前記ミシンを制御する制御指令を出力するミシン制御装置と、を備え、
    前記3次元計測装置は、
    正弦波状の明度分布の縞パターン光を位相シフトさせながら前記保持部材に保持されている前記縫製対象物に投影する投影装置と、
    前記縞パターン光が投影された前記縫製対象物の画像データを取得する撮像装置と、を有し、
    前記画像データに基づいて前記3次元形状の計測データを出力
    前記3次元計測装置は、前記ミシンで縫われる前に前記縫製対象物を計測し、
    前記ミシン制御装置は、前記ミシンで縫われる前に取得された前記縫製対象物の計測データに基づいて、前記制御指令を出力し、
    前記縫製対象物の計測データは、前記縫製対象物の位置データを含み、
    前記ミシンを移動可能に支持するロボットアームと、
    前記縫製対象物の位置データに基づいて、前記ロボットアームに制御指令を出力して、前記ミシンと前記縫製対象物との相対位置を調整するアーム制御装置と、を備える、
    縫製システム。
  2. 前記縫製対象物の表面の規定領域がミシン針の直下の縫製位置に移送され、
    前記3次元計測装置は、前記縫製位置に移送される前に、前記規定領域を計測し、
    前記ミシン制御装置は、前記規定領域の計測データに基づいて、前記制御指令を出力する、
    請求項に記載の縫製システム。
  3. 前記縫製対象物の表面は、段差を含み、
    前記縫製対象物の計測データは、前記段差の位置及び高さを示す段差データを含み、
    前記ミシン制御装置は、前記段差データに基づいて、前記制御指令を出力する、
    請求項又は請求項に記載の縫製システム。
  4. 前記制御指令は、ミシン針と前記縫製対象物との相対位置の調整指令を含む、
    請求項に記載の縫製システム。
  5. 前記3次元計測装置は、前記ロボットアームに支持され、
    前記アーム制御装置は、前記3次元計測装置が前記縫製対象物を計測した後、前記ミシンが前記縫製対象物を縫うように、前記ロボットアームに制御指令を出力する、
    請求項に記載の縫製システム。
  6. 前記3次元計測装置から出力された前記縫製対象物の計測データに基づいて、前記縫製対象物の異常を検出する処理装置を備える、
    請求項1に記載の縫製システム。
  7. 前記3次元計測装置は、前記ミシンで縫われた後に前記縫製対象物を計測し、
    前記処理装置は、前記ミシンで縫われた後に取得された前記縫製対象物の計測データに基づいて、前記異常を検出する、
    請求項に記載の縫製システム。
  8. 前記ミシンは、ミシン針を保持する針棒と、前記ミシン針で縫われる前記縫製対象物を支持する針板とを有し、
    前記3次元計測装置は、前記縫製対象物が前記ミシン針で縫われている状態で、前記縫製対象物を計測する、
    請求項又は請求項に記載の縫製システム。
  9. 前記縫製対象物の計測データを表示する表示装置を備える、
    請求項1から請求項のいずれか一項に記載の縫製システム。
  10. 前記3次元計測装置は、前記ミシンにより前記縫製対象物に形成された縫い目の3次元形状を計測する、
    請求項から請求項のいずれか一項に記載の縫製システム。
  11. 縫製対象物を保持する保持部材を有し、前記縫製対象物を縫うミシンと、
    位相シフト法に基づいて前記ミシンにより前記縫製対象物に形成された縫い目の3次元形状を計測する3次元計測装置と、
    前記3次元計測装置から出力された前記縫製対象物の計測データに基づいて、前記ミシンを制御する制御指令を出力するミシン制御装置と、を備え、
    前記3次元計測装置は、
    正弦波状の明度分布の縞パターン光を位相シフトさせながら前記保持部材に保持されている前記縫製対象物に投影する投影装置と、
    前記縞パターン光が投影された前記縫製対象物の画像データを取得する撮像装置と、を有し、
    前記画像データに基づいて前記3次元形状の計測データを出力
    前記3次元計測装置は、前記ミシンで縫われる前に前記縫製対象物を計測し、
    前記ミシン制御装置は、前記ミシンで縫われる前に取得された前記縫製対象物の計測データに基づいて、前記制御指令を出力し、
    前記縫製対象物の計測データは、前記縫製対象物の位置データを含み、
    前記ミシンを移動可能に支持するロボットアームと、
    前記縫製対象物の位置データに基づいて、前記ロボットアームに制御指令を出力して、前記ミシンと前記縫製対象物との相対位置を調整するアーム制御装置と、を備える、
    縫製システム。
  12. 前記3次元計測装置から出力された前記縫い目の計測データに基づいて、前記縫い目の異常を検出する処理装置を備える、
    請求項10又は請求項11に記載の縫製システム。
  13. 前記縫い目の計測データは、前記縫い目の高さデータを含み、
    前記処理装置は、前記縫い目の高さデータに基づいて、前記縫い目の異常を判定する、
    請求項12に記載の縫製システム。
  14. 前記ミシンは、ミシン針を保持する針棒と、前記ミシン針で縫われる前記縫製対象物を支持する針板とを有し、
    前記3次元計測装置は、前記縫製対象物が前記ミシン針で縫われている状態で、前記縫い目を計測する、
    請求項10から請求項13のいずれか一項に記載の縫製システム。
  15. 前記縫い目の計測データを表示する表示装置を備える、
    請求項10から請求項14のいずれか一項に記載の縫製システム。
  16. 前記3次元計測装置は、前記縫い目の計測データを記録する計測・判定結果記憶部を有する請求項10から請求項15のいずれか一項に記載の縫製システム。
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